淺析路面結構的優化及其經濟性

殷 威，馮 培

（1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430014；2.中機中聯工程有限公司，重慶市 400039）

0 引言

目前我國公路與城市道路瀝青路面基層普遍采用半剛性基層，路面結構設計以路表彎沉值、半剛性基層層底拉應力和瀝青層剪應力作為瀝青路面結構設計指標。將瀝青路面使用性能（抗車轍、抗低溫開裂、抗疲勞等）與瀝青路面結構設計相結合，分析瀝青路面各結構層層位功能，總結路面結構材料及厚度與瀝青路面使用性能的變化規律[1-2]、瀝青路面反射裂縫與瀝青路面的變化規律，提出路面結構的合理組合方案及改善路面使用性能的措施，并對不同路面結構組合方案進行經濟分析，歸納路面材料與瀝青路面價格的變化規律，為工程中瀝青路面結構的優化設計及其經濟性提供一定的參考。

1 瀝青路面結構層層位功能[1]

1.1 瀝青上面層

在不同低溫條件下，瀝青面層的溫縮應力在瀝青面層頂面為最大，沿厚度方向逐漸減小，因此可以將瀝青上面層作為主抗低溫縮裂區。

1.2 瀝青中面層

瀝青面層車轍引起的高溫剪應力沿路面厚度方向的規律是先增大后減小，峰值大約在路面厚度7 cm處，根據面層厚度變化規律，可以將瀝青中面層作為主抗車轍區。

1.3 瀝青下面層

瀝青面層常溫拉應力峰值為路面深度9～22 cm區域，9 cm以下一般為瀝青路面的下面層，因此可以將瀝青下面層作為主抗疲勞區。

1.4 瀝青面層的層位分工特性

瀝青上面層：主抗低溫縮裂區、抗水損害區、抗老化區、抗表面平整區、抗車轍區。

瀝青中面層：主抗車轍區、抗表面裂縫區、抗反射裂縫區。

瀝青下面層：主抗疲勞區、抗車轍區、抗反射裂縫區。

2 瀝青面層變化對瀝青路面使用性能的影響[2]

2.1 抗疲勞特性

通過前文的介紹，瀝青路面的主抗疲勞區為瀝青下面層，當瀝青下面層厚度增加或模量增大時，瀝青路面的最大拉應力不斷減小，抗疲勞特性不斷提升。由此可見，適當的增加下面層的厚度，改進下面層的瀝青混合料配合比，提高下面層的模量，可有效提升瀝青路面的抗疲勞性能。

2.2 抗車轍特性

通過前文的介紹，瀝青路面的主抗車轍區為瀝青中面層，當瀝青中面層厚度增加或模量增大時，瀝青路面的抗車轍能力有效提升。由此可見，適當的增加中面層的厚度，改進中面層的瀝青混合料配合比，提高中面層的模量，可有效提升瀝青路面的抗車轍能力。

2.3 抗低溫縮裂特性

通過前文的介紹，瀝青路面的主抗車轍區為瀝青上面層，當瀝青上面層厚度增加時，瀝青路面的最大溫縮應力無明顯減少，當瀝青上面層回彈模量增大時，瀝青路面的最大溫縮應力明顯減少。由此可知，改善瀝青路面的抗低溫縮裂特性，只能從提高瀝青上面層的模量入手。

2.4 不同瀝青路面組合對瀝青路面性能的影響

以兩層式路面為例，設定面層厚度為10 cm，可采用組合一（5 cmAC13+5 cmAC16）、組合二（5 cmAC13+5 cmAC20）、組合三（4 cmAC13+6 cmAC20），通過研究得知，各層同等厚度下，采用AC20比AC16抗車轍能力更好；而總厚度相同，各層材料相同時，組合三比組合二抗車轍能力更優。因此，適當的瀝青厚度差值，模量差值更符合瀝青路面結構組合體系，獲得更好的使用性能。

3 瀝青路面的變化對瀝青路面反射裂縫的影響[3]

3.1 瀝青面層厚度變化

根據研究，瀝青路面厚度在10 cm以上時，瀝青路面的反射裂縫將顯著減少，當瀝青路面厚度在12～15 cm區間時，瀝青路面的反射裂縫將急劇減少，當瀝青路面厚度大于15 cm時，瀝青路面的反射裂縫減小幅度大幅減緩。因此，增加瀝青路面厚度可有效減少反射裂縫，但厚度超過某個界限，其經濟性急劇降低，合理的路面厚度能兼顧使用效果和經濟性。

3.2 提高基層模量

改善基層材料的配比，提高基層材料的模量可有效的降低反射裂縫。

3.3 增加中間層

在面層與基層之間增加瀝青碎石、級配碎石、橡膠瀝青或土工材料等中間層，可有效減少反射裂縫。

4 研究總結

4.1 瀝青面層材料的變化

以4 cmAC13+6 cmAC16+8 cmAC25+35 cm水穩+20 cm級配碎石為例,在基層材料厚度、上面層、中面層材料厚度不變情況下，將下面層調整為AC20，由于材料模量增加，其厚度相應減小，通過計算表明，在其他層材料厚度不變的情況下，將較大粒徑的瀝青混合料調整為較小的瀝青混合料，其造價將減少。

4.2 面層總厚度的變化

以4 cmAC13+6 cmAC16+8 cmAC25+35 cm水穩+20 cm級配碎石為例,在各層材料不變的情況下，將面層厚度由18 cm調整為16 cm，基層厚度將相應增加，通過計算表明，在各層材料不變的情況下，減小瀝青面層總厚度，增加基層厚度，形成“強基薄面”，其造價將有效減少。

4.3 底基層材料變化

以4 cmAC13+6 cmAC16+8 cmAC25+35 cm水穩+20 cm級配碎石為例,在面層材料厚度、基層材料厚度的情況下，將粒料基層替換為穩定土基層，可有效降低造價。

4.4 底基層厚度變化

對于石料缺乏區，以4 cmAC13+6 cmAC16+8 cmAC25+35 cm水穩+20 cm級配碎石為例,在面層材料厚度、基層材料、底基層材料不變的情況下，瀝青路面造價隨著水穩基層的增厚，粒料底基層的減薄而降低。

5 研究總結

5.1 面層的合理組合

（1）上面層的合理厚度宜為3～5 cm。

（2）面層的總厚度宜為10～18 cm。

（3）中面層厚度與下面層的厚度比為0.75～0.8。

5.2 提高瀝青面層使用性能的措施

（1）增加中面層、下面層的厚度。

（2）上面層、中面層改性，中面層添加抗車轍劑。

（3）改善瀝青混合料配合比，提高瀝青混合料的模量。

5.3 防治反射裂縫的措施

（1）增加中面層、下面層的厚度。

（2）中面層改性。（3）改善基層材料配合比，提高基層材料的模量。（4）增加中間層（柔性基層、橡膠應力吸收層、土工合成材料等）。

（5）基層切縫。

5.4 提高瀝青路面經濟性的措施

（1）采用較小粒徑組合。

（2）減少瀝青面層總厚度。

（3）底基層采用穩定土。

（4）石料缺乏區，采用水穩底基層替代粒料底基層。

6 結語

本文主要介紹了瀝青面層的功能分區、瀝青面層的變化對瀝青使用性能的影響，瀝青路面反射裂縫與瀝青路面的相應關系，瀝青路面材料及厚度變化對瀝青路面造價的影響，具體應結合當地材料供應條件、運輸距離、路基的工程地質、施工季節、材料供應價格、當地施工水平等多方面因素合理選擇路面結構的建設形式，使瀝青路面在結構安全、使用性能和工程造價上達到和諧統一。

[1]呂文江.瀝青路面結構與材料設計一體化研究[D].陜西西安:長安大學,2006.

[2]馬強.基于使用性能的瀝青路面面層結構與材料優化研究[D].陜西西安:長安大學,2011.

[3]白琦峰.半剛性基層瀝青路面反射裂縫防治措施對比研究[D].江蘇南京:東南大學,2005.

[4]CJJ 169-2012,城鎮道路路面設計規范[S].